Electrophysiopharmacology and regulation of calcium and potassium channels of aortic vascular smooth muscle cells

Abstract

Résumé: Les ions calcium jouent un grand rôle dans le maintien du tonus du muscle lisse vasculaire (MLV). L'entrée du calcium dans les cellules du MLV est régularisée par des neurotransmetteurs et hormones qui affectent l'entrée du Ca2+ via le canal Ca2+ voltage-dépendant soit, directement en augmentant (ou diminution) la probabilité d'ouverture de ce canal, ou indirectement via l'activation (ou inhibition) des courants K+ qui participent à la détermination du potentiel de repos de ces cellules. Afin de mieux comprendre la régulation du tonus du MLV, on a utilisé la méthode de mesure du patch clamp et on a identifié plusieurs types de canaux Ca2+ et K+. Concernant les courants calciques, on a identifié deux types de canaux Ca2+ dépendants du voltage; le canal calcigue de type T, qui a une conductance unitaire de 10 pS et le canal Ca2+ du type L, qui a une conductance unitaire de 22 pS (en présence de 130 mM Ba2+). Le canal calcique du type L est bloqué par les bloqueurs des canaux Ca2+ comme la nifédipine et le nouvel agent pharmacologique, l'azélastine. Ce canal est activé par l'Ang II et bloqué par le bloqueur de la calmoduline ainsi que le W-7 et par l'augmentation du [AMPc]i ou [GMPc]i. Aussi, on a identifié plusieurs types de courants dans le MLV de l'aorte du lapin: 1} courant K+ sortant retardé, 2) courant sortant transitoire, 3) courant K+ activé par le calcium et 4) un canal sensible à une haute dépolarisation de la membrane et dont la conductance unitaire est près de 100 pS. Ces quatres types de canaux K+ sont bloqués par des bloqueurs classiques des canaux K+ tels que le tetraethylammonium (TEA), le Cs+ et le Ba2+. On a aussi trouvé que la béthanidine, un bloqueur de canaux K+ cardiaques, active le canal K+ de 100 pS en augmentant la probabilité d'ouverture de ce canal. De plus, on a démontré que des substances connues pour augmenter le [GMPc]i et relaxer le MLV, comme l'ANF, la nitroprusside et le 8-Br-GMPc activent le canal K+ sensible à la béthanidine en augmentant la probabilité et la dépendance de voltage de ce canal. Ceci permet l'hyperpolarisation de la membrane et l'inactivation des canaux calciques dépendants du voltage. Par contre, des substances qui augmentent le [AMPc]i, comme l'isoprotérénol ou le 8-Br-AMPc, bloquent le courant sortant retardé. L'effet de l'augmentation de [AMPc]i ou de [GMPc]i sur le courant K+ dépendent de la concentration de ces nucléotides et de l'âge de l'animal. Finalement, on a pu identifier dans certains nombres de cellules aortiques, la présence d'un courant entrant Na+ sensible à la tétrodotoxine.||Abstract: Calcium is the major contributor to contractions in vascular smooth muscle. The influx of Ca2+ in vascular smooth muscle is regulated by several hormones and neurotransmitters that may directly affect the voltage sensitive Ca2+ channels or indirectly via changing the level of the cell membrane potential by acting on K+ channels. In order to better understand the regulation of vascular tone, we used the whole-cell and single channel recording technique and we demonstrated the presence of several types of Ca2+ and K+ channels in aortic vascular smooth muscle of the rabbit. Two types of Ca2+ channels were identified ; low threshold T-type Ca2+ channel that has a 10 pS single channel conductance and a high threshold L-type Ca2+ channel that has a single channel conductance of 22 pS. The L-type ICa, was blocked by several L-type Ca2+ channel blockers such as nifedipine and the new compound azelastine. The L-type Ca2+ channel was found to be activated by Ang II and blocked by the calmodulin inhibitor W-7 and by increasing [cAMP]i and [cGMP]i. Also, several types of K+ channels were identified in aortic VSM cells including: a delayed outward rectifier Ik, transient outward Ik, Ca2+-activated K+ current and a high voltage-sensitive K+ channel that has about a 100 pS single channel conductance. All types of Ik were blocked by K+ blockers such as TEA, Ba2+ and Cs+. Bethanidine sulfate, a K+ channel blocker in heart muscle, was found to increase the probability of opening of the 100-120 pS single K+ channel. Also compounds known to increase [cGMP]i and relax VSM, such as ANF nitroprusside and 8-Br-cGMP, were found to primarily activate the bethanidine-sensitive Ik by increasing the probability of opening of this channel and its voltage-sensitivity. However, compounds that are known to increase [cAMP]i and relax VSM, such as isoproterenol or 8-Br-cAMP, were found to block the delayed outward K+ current in aortic single cells. The effect of increasing [cAMP]i or [cGMP]i were found to be dose and age dependent. Finally, we identified in some single aortic cells a TTX-sensitive fast inward Na+ current.